Kỷ đại Cổ sinh đã chứng kiến những thay đổi đối với cảnh quan, dạng sống và bầu khí quyển của Trái đất trong suốt vài triệu năm. Trên đất liền, trên biển, dưới bề mặt và trên bầu trời, sự thay đổi diễn ra trong suốt sáu thời kỳ riêng biệt bao gồm Kỷ nguyên Cổ sinh. Thời kỳ đầu của Đại Cổ sinh đã giới thiệu nhiều loài thực vật, trong khi các thời kỳ sau mang đến các loài động vật không xương sống, khủng long và chim.
Kỷ Paleozoi đầu tiên và lâu đời nhất, được gọi là kỷ Cambri, tồn tại từ 542 đến 488 triệu năm trước. Thời kỳ này giới thiệu các loài thực vật thủy sinh và các sinh vật đơn bào nhỏ bao gồm nấm và vi khuẩn. Những sinh vật này chủ yếu sống trong môi trường biển. Hơn 35 loại động vật xuất hiện trong kỷ Cambri, xuất hiện ở các dạng cơ bản. Những sinh vật này đã tiến hóa xa hơn trong thời kỳ Ordovic liên tiếp. Kỷ nguyên Ordovic có sự mở rộng về đa dạng sinh học và sự phức tạp của các dạng sống. Trong thời kỳ Đại Cổ sinh giữa, các sinh vật xuất hiện trên cạn cùng với nước. Thực vật không lá có mạch, côn trùng, động vật chân đốt và động vật không xương sống khác xuất hiện trong kỷ Silur và đầu kỷ Devon; sau đó vào kỷ Devon, lưỡng cư và bò sát sống trên cạn và trên biển. Ngoài hệ động thực vật, các vùng đất trên Trái đất cũng thay đổi trong Kỷ nguyên Cổ sinh. Biển nông bao phủ diện tích bề mặt rộng lớn của các lục địa hiện có. Vùng đất đặc trưng với bề mặt đá, được tạo thành chủ yếu từ đá trầm tích. Các dãy núi xuất hiện trong thời gian này, hình thành từ hoạt động không ngừng của các mảng kiến tạo.
